本發(fā)明涉及變電站裝置，尤其是涉及一種用于GIS試驗(yàn)的小型化大容量耐壓裝置。

背景技術(shù)：

GIS耐壓有串聯(lián)諧振耐壓和變壓器工頻耐壓兩種方式。串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法中電抗器是一關(guān)鍵的設(shè)備，傳統(tǒng)的油浸式電抗器需保證絕緣距離，這意味著試驗(yàn)現(xiàn)場必須有足夠的空間以滿足安全距離的要求。在地下變電站和戶內(nèi)變電站等內(nèi)部空間相對狹小的應(yīng)用環(huán)境下，傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的使用會受到很大的限制。

對于用電負(fù)荷相對集中的大中型城市，受到土地資源緊缺、外部自然環(huán)境惡劣等影響而需要減少變電站的占地面積，甚至建設(shè)地下變電站。而在變電站建設(shè)過程中，地下變電站的空間狹小，通常采用GIS設(shè)備以節(jié)省占地和高度，GIS設(shè)備需要在正式運(yùn)行前做耐壓試驗(yàn)，常規(guī)的試驗(yàn)裝置體積龐大，因此在建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)時需要考慮足夠的帶電安全間距，大間距的經(jīng)濟(jì)性方面并不合理，施工難度也較大，因此從必要性和經(jīng)濟(jì)性分析，大容量小型化耐壓試驗(yàn)裝置優(yōu)勢明顯，有較大的研究價值。

串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法中電抗器是一關(guān)鍵的設(shè)備，傳統(tǒng)的油浸式電抗器體積龐大，需借助套管引出保證絕緣，這意味著試驗(yàn)現(xiàn)場必須有足夠的空間以滿足安全距離的要求。地下變電站由于內(nèi)部空間相對狹小，傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的使用會受到很大的限制。

為解決此問題，國外首先研制出SF6氣體絕緣變壓器，將它和耦合電容器、測量單元集成一體，做成全封閉式結(jié)構(gòu)直接與被試GIS連接，構(gòu)成全屏蔽的試驗(yàn)回路，這種結(jié)構(gòu)也解決了高壓試驗(yàn)時的安全距離問題，因此特別適用于變電站GIS設(shè)備的現(xiàn)場絕緣試驗(yàn)，但是由于采用了變壓器升壓原理，存在設(shè)備容量過小的問題，可同時開展耐壓試驗(yàn)的GIS間隔數(shù)僅為單間隔1～2相。

我國也開發(fā)了此類產(chǎn)品，并已有應(yīng)用案例。目前國內(nèi)外已有德國High Voltage公司、上海思源、蘇州華電等幾家企業(yè)處于相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品的試驗(yàn)研發(fā)階段。但現(xiàn)階段其試制的試驗(yàn)裝備容量較小，設(shè)備重量也較重，同時針對地下變電站的特殊試驗(yàn)方案不規(guī)范、不明確，待進(jìn)一步規(guī)范化。

因此，亟需研制一種適用于地下變電站和戶內(nèi)變電站等內(nèi)部空間相對狹小的應(yīng)用環(huán)境下的GIS大容量耐壓裝置，要求該裝置小型化，能夠在狹小空間中完成各種耐壓試驗(yàn)，能夠保證有足夠大的耐壓容量，以便連接較多的被試驗(yàn)GIS設(shè)備，減少試驗(yàn)的次數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種用于GIS試驗(yàn)的小型化大容量耐壓裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于GIS試驗(yàn)的小型化大容量耐壓裝置，分別與外接電源和被試驗(yàn)GIS設(shè)備連接，用于實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備的耐壓試驗(yàn)，所述裝置包括整體移動底盤和設(shè)置在整體移動底盤上的電抗模塊、電容模塊和隔離阻抗模塊，所述電抗模塊、電容模塊和隔離阻抗模塊均為由SF6氣體絕緣的金屬封閉模塊，共同連接形成串聯(lián)諧振升壓電路，所述電抗模塊的輸入端與外接電源連接，輸出端與隔離阻抗模塊的輸入端連接，所述隔離阻抗模塊的輸出端分別與電容模塊和被試驗(yàn)的GIS設(shè)備連接。

所述電抗模塊包括串聯(lián)的低電位電抗組件和高電位電抗組件，所述低電位電抗組件的輸入端與外接電源連接，所述高電位電抗組件的輸出端與隔離阻抗模塊連接。

所述低電位電抗組件包括依次連接的肘形電纜連接頭、第一內(nèi)部繞組、低電位導(dǎo)電桿、第二內(nèi)部繞組和500kV盆式絕緣子，所述肘形連接頭與外接電源連接，所述500kV盆式絕緣子與高電位電抗組件連接。

所述高電位電抗組件包括依次連接的500kV盆式絕緣子、端部連接件、第三內(nèi)部繞組、高電位導(dǎo)電桿、第四內(nèi)部繞組和800kV盆式絕緣子，所述500kV盆式絕緣子與低電位電抗組件連接，所述800kV盆式絕緣子與隔離阻抗模塊連接。

所述電容模塊包括罐體和設(shè)置在罐體內(nèi)部的800kV盆式絕緣子、電容器和接線端子，所述800kV盆式絕緣子分別與隔離阻抗模塊和電容器連接，所述電容器末端固定于罐體的罐蓋上，與罐蓋上的接線端子連接。

所述隔離阻抗模塊包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)部的2個800kV盆式絕緣子和隔離阻抗，所述第一個800kV盆式絕緣子分別與電抗模塊和隔離阻抗連接，所述隔離阻抗與第二個800kV盆式絕緣子連接，所述第二個800kV盆式絕緣子與電容模塊連接。

所述隔離阻抗模塊還包括接地開關(guān)和方波電極，所述方波電極設(shè)置在接地開關(guān)上，所述接地開關(guān)在插入時與隔離阻抗連接，在拔出時與殼體連接。

所述整體移動底盤包括板體和設(shè)置在板體上的移動輪、牽引掛鉤、底盤吊耳和調(diào)節(jié)支撐零件，所述移動輪均勻分布在板體底面，所述牽引掛鉤位于板體的端部，所述底盤吊耳均勻的分布于板體的邊沿，所述調(diào)節(jié)支撐零件均勻的分布在板體底面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)該GIS大容量耐壓裝置，通過電抗模塊、電容模塊和隔離阻抗模塊的完整連接形成串聯(lián)諧振升壓電路，且各個模塊均為由SF6氣體實(shí)現(xiàn)絕緣的金屬封閉結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以大大減小各個模塊的體積，從而減小整個裝置的體積，因此與常規(guī)串聯(lián)諧振耐壓裝置相比，容量更大，占地面積更小，且層高要求更低，繼而使得土建消耗的成本低，大大降低了使用成本。

(2)隔離阻抗模塊設(shè)有接地開關(guān)和方波電極，可以實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)前用標(biāo)準(zhǔn)方波對局部放電量進(jìn)行標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)局部放電的測量。

(3)裝置底部設(shè)有整體移動底盤，可以實(shí)現(xiàn)裝置的移動，便于裝置的靈活運(yùn)輸，使得裝置的適用范圍更廣，使用靈活性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為低電位電抗組件的主視圖；

圖3為高電位電抗組件的主視圖；

圖4為電容模塊的主視圖；

圖5為隔離阻抗模塊的示意圖，其中(5a)為主視圖，(5b)為右視圖；

圖6為整體移動底盤的示意圖，其中(6a)為主視圖，(6b)為仰視圖；

其中，1為整體移動底盤，2為低電位電抗組件，3為高電位電抗組件，4為電容模塊，5為隔離阻抗模塊，21為低電位導(dǎo)電桿，22為肘形電纜連接頭，31為高電位導(dǎo)電桿，41為接線端子，42為電容器，51為殼體，52為隔離阻抗，53為方波電極，54為接地開關(guān)，61為調(diào)節(jié)支撐零件，62為底盤吊耳，63為移動輪，64為牽引掛鉤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示為本實(shí)施例中提供的一種用于GIS試驗(yàn)的小型化大容量耐壓裝置，分別與外接電源和被試驗(yàn)GIS設(shè)備連接，用于實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備的耐壓試驗(yàn)，裝置包括整體移動底盤1和設(shè)置在整體移動底盤1上的電抗模塊、電容模塊4和隔離阻抗模塊5，電抗模塊、電容模塊4和隔離阻抗模塊5均為由SF6氣體絕緣的金屬封閉模塊，共同連接形成串聯(lián)諧振升壓電路，電抗模塊的輸入端與外接電源連接，輸出端與隔離阻抗模塊5的輸入端連接，隔離阻抗模塊5的輸出端分別與電容模塊4和被試驗(yàn)的GIS設(shè)備連接。

其中，電抗模塊包括串聯(lián)的低電位電抗組件2和高電位電抗組件3，低電位電抗組件2的輸入端與外接電源連接，高電位電抗組件3的輸出端與隔離阻抗模塊5連接。低電位電抗組件2包括依次連接的肘形電纜連接頭22、第一內(nèi)部繞組、低電位導(dǎo)電桿21、第二內(nèi)部繞組和500kV盆式絕緣子，肘形連接頭與外接電源連接，500kV盆式絕緣子與高電位電抗組件3連接。高電位電抗組件3包括依次連接的500kV盆式絕緣子、端部連接件、第三內(nèi)部繞組、高電位導(dǎo)電桿31、第四內(nèi)部繞組和800kV盆式絕緣子，500kV盆式絕緣子與低電位電抗組件2連接，800kV盆式絕緣子與隔離阻抗模塊5連接。電容模塊4包括罐體和設(shè)置在罐體內(nèi)部的800kV盆式絕緣子、電容器42和接線端子41，800kV盆式絕緣子分別與隔離阻抗模塊5和電容器42連接，電容器42末端固定于罐體的罐蓋上，與罐蓋上的接線端子41連接。隔離阻抗模塊5包括殼體51和設(shè)置在殼體51內(nèi)部的2個800kV盆式絕緣子和隔離阻抗52，第一個800kV盆式絕緣子分別與電抗模塊和隔離阻抗52連接，隔離阻抗52與第二個800kV盆式絕緣子連接，第二個800kV盆式絕緣子與電容模塊4連接。隔離阻抗模塊5還包括接地開關(guān)54和方波電極53，方波電極53設(shè)置在接地開關(guān)54上，接地開關(guān)54在插入時與隔離阻抗52連接，在拔出時與殼體51連接。整體移動底盤1包括板體和設(shè)置在板體上的移動輪63、牽引掛鉤64、底盤吊耳62和調(diào)節(jié)支撐零件61，移動輪63均勻的分布在板體底面，牽引掛鉤64位于板體的端部，底盤吊耳62均勻的分布于板體的邊沿，調(diào)節(jié)支撐零件61均勻的分布在板體底面。

根據(jù)上述模塊的設(shè)置，經(jīng)對多個地下變電站和戶內(nèi)變電站的GIS設(shè)備區(qū)空間布置、通道走廊、運(yùn)輸路徑等的調(diào)研，最終確定成套裝置的主體部分的外形尺寸：長<4.9m，寬<2m，高<3.5m。該裝置的整體結(jié)構(gòu)為：電源聯(lián)接電抗器(低電位)處的肘型電纜附件，由電抗器(低電位)通過聯(lián)接罐和550kV盆式絕緣子串接電抗器(高電位)，通過800kV盆式絕緣子聯(lián)接隔離阻抗52，再分支兩個出口，一端通過盆子聯(lián)接電容器42，另一端通過盆子作為對接試品接口。在分支電容器42和出口的中心部件處，在隔離阻抗52罐體上設(shè)有接地開關(guān)54。設(shè)備的移動通過牽引車牽引或推車推動。成套設(shè)備重量：約7800kg。

其中各個部位的結(jié)構(gòu)及參數(shù)為：

1)電抗器(低電位)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

11)外形尺寸：長1620*寬1400*高1530

12)結(jié)構(gòu)說明：通過肘型電纜進(jìn)線，聯(lián)接內(nèi)部繞組1，在通過導(dǎo)電桿實(shí)現(xiàn)兩繞組的串聯(lián)，最終通過550kV盆式絕緣子輸出。

13)設(shè)備重量：約1400kg

14)外形圖：如圖2所示。

2)電抗器(高電位)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

21)外形尺寸：長1880*寬1500*高1580

22)結(jié)構(gòu)說明：550kV盆式絕緣子輸入電壓，通過端部連接件聯(lián)接內(nèi)部繞組一，再通過導(dǎo)電桿實(shí)現(xiàn)兩繞組的串聯(lián)，最終通過800kV盆式絕緣子輸出。

23)設(shè)備重量：1550kg

24)技術(shù)參數(shù)：

額定電壓750kV，額定電流2.5A，額定容量1800kVar，電感量995H±5％，品質(zhì)因數(shù)≥60，非線性度≤1％，SF6氣體絕緣，冷卻方式氣體自冷式，運(yùn)行時間750kV/2.4A下連續(xù)運(yùn)行10min間隔8h，在規(guī)定運(yùn)行時間內(nèi)繞組溫升≤75，

25)外形圖：如圖3所示。

3)電容器42結(jié)構(gòu)及參數(shù)

31)外形尺寸：長3575*寬1170*高1270

32)結(jié)構(gòu)說明：800kV盆式絕緣子輸入電壓，并通過導(dǎo)體聯(lián)接電容器42，電容器42末端固定在殼體罐蓋上，罐蓋設(shè)有一接線柱，與電容器42末端輸出聯(lián)接。

33)設(shè)備重量：約1250kg

34)技術(shù)參數(shù)

額定電壓750kV，標(biāo)稱電容量350pF，工頻耐壓水平1.1倍額定電壓1min，介質(zhì)損耗因數(shù)≤0.3％，測量不確定度≤1％，裝在SF6氣體罐內(nèi)，由高壓臂、低壓臂可測量高壓電壓，端部引出可注入方波。

35)外形圖：如圖4所示。

4)隔離阻抗結(jié)構(gòu)及參數(shù)

41)外形尺寸：長1160*寬1810*高2930

42)結(jié)構(gòu)說明：800kV盆式絕緣子輸入電壓，并通過導(dǎo)體聯(lián)接隔離阻抗52，下端用絕緣子支撐，上端通過導(dǎo)體聯(lián)接電容器罐和輸出，側(cè)面裝有接地開關(guān)54和方波電極53。

43)設(shè)備重量：約1650kg

44)外形圖：如圖5所示。

5)底盤結(jié)構(gòu)及參數(shù)

51)外形尺寸：長4600*寬1900*高440

52)結(jié)構(gòu)說明：由200*200工字鋼組成框架結(jié)構(gòu)，中部用20#槽鋼和200*200工字鋼組合成中部支撐，設(shè)有電抗器安裝孔、隔離阻抗安裝孔、移動輪和調(diào)節(jié)支撐等。

53)設(shè)備重量：約1550kg

54)外形圖：如圖6所示。

整套裝置基于串聯(lián)諧振原理，由勵磁變輸入電壓，由變頻柜產(chǎn)生頻率可調(diào)的輸出信號，在試品電容和電抗器之間的30～300Hz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生諧振，品質(zhì)系數(shù)可達(dá)40以上。勵磁變壓器為單相，額定頻率50Hz，工作頻率30～300Hz，額定容量60kVA，額定輸入電壓0.35kV/0.4kV兩種電壓，低壓可串/并聯(lián)，額定輸入電流171.4A×2，額定輸出電壓25kV，額定輸出電流2.4A，阻抗電壓<6％(所有高壓線圈與低壓之間)，絕緣水平低壓線圈對地5kV/1min，高壓線圈對地27.5kV/1min，冷卻方式ONAN，額定容量下運(yùn)行60min，線圈溫升≤65K，油面溫升≤55K。變頻電源額定容量75kW(30～300Hz范圍內(nèi))，輸入電壓三相380V±10％，輸入頻率50Hz，額定輸出電壓單相0～350V(正弦波)連續(xù)可調(diào)，輸出電壓不穩(wěn)定度≤1％，工作頻率范圍30～300Hz，頻率分辨率0.01Hz，絕緣水平AC 3kV/1min，局部放電水平<5pC，冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷，連續(xù)運(yùn)行時間60min(額定輸出時)。

GIS是封閉式氣體絕緣和環(huán)氧固體絕緣的混合絕緣系統(tǒng)，特點(diǎn)是在一個金屬封閉體內(nèi)充滿SF6氣體，用環(huán)氧澆注的絕緣子，把載流導(dǎo)體支撐在外殼上。由于GIS內(nèi)工作場強(qiáng)很高，就可能產(chǎn)生局部放電。

脈沖電流法是目前較為靈敏的局部放電檢測法，脈沖電流法的基本原理是：試品在加壓情況下發(fā)生局部放電時，兩端會產(chǎn)生一個瞬時的電壓變化，此時如果經(jīng)過一個耦合電容耦合到一個檢測阻抗上，回路中就會產(chǎn)生一個脈沖電流，將該脈沖電流流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓予以采集、放大和顯示處理，就可測定局部放電基本量。這種方法靈敏度高，是目前國際電工委員會推薦進(jìn)行局部放電測試的一種通用方法。

用脈沖電流法測量時，在示波器50Hz掃描橢圓時基上，可以看到不同的放電圖形。本實(shí)施例中可以用脈沖電流法測出局部放電的放電電荷、放電能量、放電相位、兩次放電間的時間間隔等參數(shù)，分析其統(tǒng)計(jì)量及其分布。

為了保證GIS的產(chǎn)品質(zhì)量和安全運(yùn)行，必須進(jìn)行局部放電的測量，我國GB7674關(guān)于SF6封閉式組合電器的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，要在和1.1Um/√3(Um為試品的額定工作電壓)進(jìn)行局部放電的測量。為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中要對絕緣子和GIS間隔預(yù)先進(jìn)行局部放電的測量，通常情況下，允許局部放電的水平，國家電網(wǎng)公司要求整間隔小于5pC，絕緣件小于3pC。出廠局部放電的指標(biāo)，特殊情況下由制造廠可能達(dá)到的水平與用戶商定。

目前GIS中局部放電的測量，在廠內(nèi)主要是用脈沖電流法，可以得到以pC為單位的局部放電量；在現(xiàn)場往往由于環(huán)境干擾、升壓裝置自身干擾、高壓試驗(yàn)接線等的干擾，而采用超聲波法或者特高頻法，這兩種方法的檢測結(jié)果以mV為單位，與出廠試驗(yàn)值無法對比。

本實(shí)施例的升壓裝置由于采用了氣體絕緣金屬封閉結(jié)構(gòu)，所有高壓導(dǎo)體均內(nèi)置，內(nèi)外部的干擾信號都得到消除，因此可以在現(xiàn)場試驗(yàn)中應(yīng)用脈沖電流法進(jìn)行局部放電測量時。本裝置采用并聯(lián)直測法的試驗(yàn)線路。測試方法按GB 7354《局部放電測量》國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定。測量的靈敏度高，可測最小放電量不大于1pC。

為了解決試驗(yàn)前用標(biāo)準(zhǔn)方波對局部放電量進(jìn)行標(biāo)定的問題，在隔離阻抗52與試品GIS連接的部位增加了一個類似接地開關(guān)的方波脈沖注入裝置，如圖(5b)所示。

圖中“接地開關(guān)”與一般的接地開關(guān)的工作狀態(tài)不同，它在插入時，與裝置內(nèi)部導(dǎo)體接通，與外殼絕緣，將校準(zhǔn)的方波信號注入試驗(yàn)測試回路，在拉出時，它和外殼連接，處于接地導(dǎo)通狀態(tài)，屏蔽所有外部信號。

局部放電量的單位為pC，一般進(jìn)行局放試驗(yàn)時，應(yīng)先保證試驗(yàn)場地背景干擾不太大，然后使用方波發(fā)生器對局放儀進(jìn)行校準(zhǔn)。局放試驗(yàn)試驗(yàn)應(yīng)在耐受電壓之后進(jìn)行，迅速下降電壓至測量電壓點(diǎn)(1.1*Um/√3)。最少保持1分鐘后進(jìn)行測量。

耐壓試驗(yàn)中，若GIS試品絕緣狀況不佳，則會出現(xiàn)擊穿。擊穿時會有高頻高能量的電磁波和電流信號，本實(shí)施例利用一種基于振動測試的GIS現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的擊穿故障定位方法。該方法要事先在被試范圍內(nèi)的GIS外殼上布置多個振動傳感器進(jìn)行監(jiān)測，采集GIS擊穿故障發(fā)生時的振動信號，通過比較分析各測點(diǎn)信號間的幅值差和時間差來進(jìn)行故障定位。

與現(xiàn)有的人工聽聲音、事后測量SF6氣室內(nèi)分解物濃度等擊穿定位方法相比，基于振動的定位法具有測試精度高，抗電磁干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。通過振動測試來實(shí)現(xiàn)故障定位，避免了大面積解體檢查的麻煩，從而有效地提高了現(xiàn)場施工進(jìn)度，同時消除了由于大面積解體帶來的質(zhì)量隱患。